CN116178090A - 煤基炸药用抗冻剂、耐低温煤基炸药及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤基炸药用抗冻剂、耐低温煤基炸药及其制备方法。该煤基炸药用抗冻剂包括纳米碳氢燃料68～94wt％，冰点调节剂6～32wt％，分散剂0.5‰～0.8wt％。该耐低温煤基炸药包括煤基炸药用抗冻剂5～10wt％，硝酸铵90～95wt％。本申请提供的煤基炸药用抗冻剂采用特定用量的纳米碳氢燃料、冰点调节剂和分散剂相互配合，使其能够替代柴油与硝酸铵配合制备煤基炸药，且该煤基炸药在0℃下也不会发生冻结，甚至能够在‑32℃下仍具备优异的爆破性能，且爆速稳定，有效拓展了煤基炸药的应用场景。

Description

煤基炸药用抗冻剂、耐低温煤基炸药及其制备方法

技术领域

本发明涉及炸药技术领域，具体而言，涉及一种煤基炸药用抗冻剂、耐低温煤基炸药及其制备方法。

背景技术

当前，随着社会经济的发展，我国工业化进程也有了很大提高，工业铵油炸药也备受很多公司的青睐。目前，铵油炸药具有良好的流动性、无毒、流散性好、不黏孔、装药方便，也便于机械化装药，是生产和使用最为普遍的炸药。其中，轻柴油在多孔粒状铵油炸药中所占的比例一般为5％～10％。但随着能源的日趋紧张，轻柴油价格飞速上涨使其多孔粒状铵油炸药的生产成本也越来越高。因此，为了降低铵油炸药的成本，采用煤基燃料替换柴油制成煤基炸药，但该煤基炸药耐低温性能差，在0℃下严重影响爆破性能。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种煤基炸药用抗冻剂，以解决现有技术中采用煤基浆料替换柴油制成的煤基炸药耐低温性能差，在0℃下严重影响爆破性能的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种煤基炸药用抗冻剂，按质量百分比计，该煤基炸药用抗冻剂包括纳米碳氢燃料68～94％，冰点调节剂6～32％，分散剂0.5‰～0.8％。

进一步地，按质量百分比计，煤基炸药用抗冻剂包括纳米碳氢燃料83～90％，冰点调节剂10～17％，分散剂0.5‰～0.1％。

进一步地，冰点调节剂选自氯化钙、乙二醇中的至少一种，优选为氯化钙或氯化钙和乙二醇的混合物。

进一步地，冰点调节剂为氯化钙和乙二醇的混合物，且两者的质量比为(2～3):1。

进一步地，分散剂为木质素。

进一步地，纳米碳氢燃料包括煤粉颗粒和水，煤粉颗粒悬浮于水中，粘度为220～350mPa.s，质量固含量为45～65％，且煤粉颗粒D50为0.4～1.2μm。

根据本发明的第二个方面，提供了一种耐低温煤基炸药，按质量百分比计，该耐低温煤基炸药包括上述第一方面提供的任一种煤基炸药用抗冻剂5～10％，硝酸铵90～95％。

进一步地，硝酸铵为多孔粒状硝酸铵。

进一步地，多孔粒状硝酸铵的堆积密度为0.73～0.86g/cm³，吸油率≥7wt％，以个数计粒径范围为0.50～2.50mm的粒子的粒度分布≥90％，以干基计硝酸铵含量≥99.5wt％。

根据本发明的第三个方面，还提供了上述耐低温煤基炸药的制备方法，该制备方法包括：将煤基炸药用抗冻剂和硝酸铵混合均匀，得到耐低温煤基炸药。

根据本发明的第四个方面，还提供了上述耐低温煤基炸药在露天矿爆破中的应用。

应用本申请的技术方案，本申请提供的煤基炸药用抗冻剂采用特定用量的纳米碳氢燃料、冰点调节剂和分散剂相互配合，使其能够替代柴油与硝酸铵配合制备煤基炸药，且该煤基炸药在0℃下也不会发生冻结，甚至能够在-32℃下仍具备优异的爆破性能，且爆速稳定，有效拓展了煤基炸药的应用场景。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

如本申请背景技术所分析的，现有铵油炸药主要由柴油和硝酸铵制备而成，由于柴油的价格不断攀升，为了降低铵油炸药的成本，一些研究人员提出采用煤基燃料替换柴油制备铵油炸药，但该煤基炸药耐低温性能差，在0℃下严重影响爆破性能。为了解决该问题，本申请提供了一种煤基炸药用抗冻剂、耐低温煤基炸药及其制备方法。

在本申请的第一种典型实施方式中，提供了一种煤基炸药用抗冻剂，按质量百分比计，该煤基炸药用抗冻剂包括纳米碳氢燃料68～94％，冰点调节剂6～32％，分散剂0.5‰～0.8％。

应用本申请的技术方案，本申请提供的煤基炸药用抗冻剂采用特定用量的纳米碳氢燃料、冰点调节剂和分散剂相互配合，使其能够替代柴油与硝酸铵配合制备煤基炸药，且该煤基炸药在0℃下也不会发生冻结，甚至能够在-32℃下仍具备优异的爆破性能，且爆速稳定，有效拓展了煤基炸药的应用场景。

在本申请的而一些实施例中，煤基炸药用抗冻剂中，纳米碳氢燃料的质量含量为83～90％，冰点调节剂的质量含量为10～17％，分散剂的质量含量为0.5‰～0.1％，该煤基炸药用抗冻剂替换柴油与硝酸铵混合制备而成的煤基炸药具备更为稳定的爆破性能。

[纳米碳氢燃料]

上述煤基炸药用抗冻剂中所采用纳米碳氢燃料是煤粉颗粒、水以及任选的添加剂经过先进的纳米化处理工艺制成的一种基本颗粒粒度为纳米级、具有较高比表面积和表面活性的煤基液态特种燃料，是一种新型、高效、清洁的环保燃料。

在本申请的一些实施例中，纳米碳氢燃料中煤粉颗粒D50为0.4～1.2μm，粘度为220～350mpa.s(25℃)，质量固含量为45～65％，进而更利于与分散剂以及冰点调节剂混合均匀，形成粘度适中的煤基炸药用抗冻剂，使其后续更利于与硝酸铵混合制备成为耐低温煤基炸药。当纳米碳氢燃料的质量固含量为45～55％时，其形成的煤基炸药用抗冻剂更利于与硝酸铵混合制备成爆破性能更稳定的煤基炸药。上述纳米碳氢燃料中，煤粉颗粒D50如为0.4μm、0.5μm、0.8μm、1.0μm、1.2μm或任意两个数值组成的范围值，25℃粘度如为240mpa.s、245mpa.s、250mpa.s、255mpa.s、260mpa.s、270mpa.s、280mpa.s或任意两个数值组成的范围值；质量固含量如为45％、48％、50％、55％、58％、60％、62％、65％或任意两个数值组成的范围值。

上述煤基炸药用抗冻剂中，碳氢纳米燃料的质量含量如为68％、70％、72％、75％、78％、80％、85％、90％、94％或任意两个数值组成的范围值。

[冰点调节剂]

上述冰点调节剂的具体类型不作限制，氯化钙、乙二醇、氯化镁、氯化钾、氯化钠、钙镁醋酸盐和尿素均可，为了进一步降低煤基炸药用抗冻剂的成本以及提高煤基炸药的耐低温性能，优选冰点调节剂为氯化钙、乙二醇中的任意一种或两种的混合物。当冰点调节剂为氯化钙或氯化钙和乙二醇的混合物时，其与硝酸铵混合制备而成的煤基炸药具备更为优异的耐低温性能，甚至能够在-32℃使用。

当冰点调节剂为氯化钙与乙二醇的混合时，优选两者的质量比为(2～3):1时，更利于与纳米碳氢燃料以及分散剂混合形成粘度适中的煤基炸药用抗冻剂，进而更利于与硝酸铵混合制备而成耐低温性能的煤基炸药。

上述煤基炸药用抗冻剂中，冰点调节剂的质量含量如为6％、8％、10％、12％、15％、20％、25％、30％、32％或任意两个数值组成的范围值。

[分散剂]

上述煤基炸药用抗冻剂中，分散剂不仅能够增强冰点调节剂与纳米碳氢燃料混合均匀性，同时还能够促进纳米碳氢纳米燃料中的煤粉颗粒分散的更均匀，进而形成粘度适中，分散稳定的煤基炸药用抗冻剂，后续与硝酸铵混合时，更利于形成性能稳定的耐低温煤基炸药。

分散剂的具体类型不作具体限制，从降低成本以及促进煤基炸药用抗冻剂分散效率的角度出发，优选分散剂为木质素。

上述煤基炸药用抗冻剂中，分散剂的质量含量如为0.5‰、0.55‰、0.6‰、0.65‰、0.7‰、0.8‰、0.9‰、0.1％、0.2％、0.5％、0.8％或任意两个数值组成的范围值。

上述煤基炸药用抗冻剂按照以下步骤制备而成：将纳米碳氢燃料和冰点调节剂混合均匀，再加入分散剂混合均匀，进而制备得到分散稳定，减少沉降分层现象出现的煤基炸药用抗冻剂。优选将纳米碳氢燃料和冰点调节剂通过低转速剪切机在120～380r/min的转速下充分搅拌，混合搅拌时间为15～25min更利于将纳米碳氢燃料与冰点调节剂混合均匀。为了使得冰点调节剂与纳米碳氢燃料更好的混合，防止出现沉降分层现象，在纳米碳氢燃料与冰点调节剂的混合物中加入分散剂并通过超细气流粉碎机进行混合。尤其是当控制超细气流粉碎机主机转速为1500～1800r/min，进料压力为0.6～0.8MPa，流量为1.5～1.8吨/小时，更利于制备得到粘度适中，不会出现沉降分层的煤基炸药用抗冻剂。

在本申请的第二种典型实施方式中，还提供了一种耐低温煤基炸药，按质量百分比计，耐低温煤基炸药包括上述第一种典型实施方式提供的任一种煤基炸药用抗冻剂5～10％，硝酸铵90～95％。在本申请提供的耐低温煤基炸药中，煤基炸药用抗冻剂的质量含量如为5％、8％、10％或任意两个数值组成的范围值；硝酸铵的质量含量如为90％、92％、95％或任意两个数值组成的范围值。

本申请提供的耐低温煤基炸药采用煤基炸药用抗冻剂替换柴油与硝酸铵配合制备耐低温煤基炸药，不仅降低了煤基炸药的成本，拓宽了煤基炸药的原材料范围，打破了工业炸药对石油基燃料的依赖，而且该煤基炸药在0℃下也不会发生冻结，甚至能够在-32℃下仍具备优异的爆破性能，且爆速稳定，有效拓展了煤基炸药的应用场景。

为了便于制备得到性能稳定，便于装填的耐低温煤基炸药，优选硝酸铵为多孔粒状硝酸铵。进一步优选该多孔粒状硝酸铵的堆积密度为0.73～0.86g/cm³，吸油率≥7wt％，以个数计粒径范围为0.50～2.50mm的粒子的粒度分布≥90％，以干基计硝酸铵含量≥99.5wt％。

在本申请的第三种典型实施方式中，还提供了上述耐低温煤基炸药的制备方法，该制备方法包括：将煤基炸药用抗冻剂和硝酸铵混合均匀，得到耐低温煤基炸药。该制备方法工艺简单，易于操作，有利于进行规模化生产，进而降低生长成本。

上述混合的过程中可选用边添加边搅拌的方式进行，以利于提高混合效率。

在本申请的第四种典型实施方式中，还提供了上述耐低温煤基炸药在露天矿爆破中的应用。

上述露天矿爆破包括但不限于岩石松动爆破或抛掷爆破。

上述露天矿爆破包括微差爆破。

下面将结合实施例和对比例，进一步说明本申请的技术效果。

实施例1～5

实施例1～5分别提供了一种煤基炸药用抗冻剂，其由纳米碳氢燃料、氯化钙和木质素组成，各原料的质量含量如下表1所示。该纳米碳氢燃料包括煤粉颗粒和水，煤粉颗粒悬浮分散于水中，且煤粉颗粒的D50为0.8±0.2μm，质量固含量为50％。

具体制备方法包括：将氯化钙加入到纳米碳氢燃料中通过低速剪切机充分搅拌20min，然后加入木质素采用超细气流粉碎机进行混合，控制超细气流粉碎机主机的转速为1800r/min，进料压力为0.8MPa，流量为1.5吨/小时。

对比例1

本对比例提供了一种纳米碳氢燃料，该纳米碳氢燃料同实施例1中纳米碳氢燃料。

测定实施例1～5以及对比例1提供的煤基炸药用抗冻剂的粘度和冰点，结果如表1所示。

其中，(1)粘度的测试方法为：本部分采用切速为100s^-1的表观黏度，单位为毫帕秒(mPa·s)下标表示测定时的剪切速率(依据标准为GB/T188564—2008)。

(2)冰点的测试方法为：采用冰点测定仪器进行测试(依据标准为SH/T0090)。

表1

实施例6～9

实施例6～9分别提供了一种煤基炸药用抗冻剂，其由纳米碳氢燃料、乙二醇和木质素组成，各原料的质量含量如下表2所示。其中，纳米碳氢燃料同实施例1中纳米碳氢燃料，其制备方法也同实施例1，在此不再赘述。

分别测定实施例6～9提供的煤基炸药用抗冻剂的粘度和冰点，结果如表2所示。

表2

实施例10～13

实施例10～13分别提供了一种煤基炸药用抗冻剂，其由纳米碳氢燃料、氯化钙和乙二醇的混合物(两者质量比2:1)以及木质素组成，各原料的质量含量如下表3所示。其中，纳米碳氢燃料同实施例1中纳米碳氢燃料，其制备方法也同实施例1，在此不再赘述。

分别测定实施例10～13提供的煤基炸药用抗冻剂的粘度和冰点，结果如表3所示。

表3

通过比较上述表1～表3的数据可以看出，采用氯化钙作为冰点调节剂制备而成的煤基炸药用抗冻剂其冰点可降低至-32℃，但随着氯化钙质量含量的增加，煤基炸药用抗冻剂的粘度显著提高，导致其分散稳定性下降，后续与硝酸铵混合的难度提高。

采用乙二醇作为冰点调节剂制备而成的煤基炸药用抗冻剂随着乙二醇用量的增加，其冰点下降，当乙二醇的质量含量增加至32％时，其冰点降至-32℃，粘度降低至150mpa.s，粘度过低导致该抗冻剂的分散稳定性较差，长时间放置会出现明显的分层现象，不利于后续与硝酸铵混合制备煤基炸药。同时乙二醇的质量含量过高，纳米碳氢燃料质量含量降低，导致后续制备得到的煤基炸药的爆破力下降。

采用氯化钙和乙二醇的混合物作为冰点调节剂，在其质量含量为17％时，煤基炸药用抗冻剂冰点即可降至-32℃，同时其粘度适中，更利于后续与硝酸铵配合制备性能稳定的煤基炸药。

实施例14

本实施例与实施例13的不同之处在于，采用的纳米碳氢燃料的质量固含量为45％。

实施例15

本实施例与实施例13的不同之处在于，采用的纳米碳氢燃料的质量固含量为65％。

分别测定实施例14～15提供的煤基炸药用抗冻剂的粘度和冰点，结果如表4所示。

表4

	粘度(mpa.s)	冰点(℃)
			实施例14	308	-30
实施例15	325	-36

实施例16～20

实施例16～20分别提供了一种煤基炸药，其分别由实施例11～15提供的煤基炸药用抗冻剂与多孔粒状硝酸铵制备而成，其中抗冻剂的质量含量为6％，多孔粒状硝酸铵的质量含量为94％，且该多孔粒状硝酸铵的堆积密度为0.73～0.86g/cm³，吸油率≥7wt％，以个数计粒径范围为0.50～2.50mm的粒子的粒度分布≥90％，以干基计硝酸铵含量≥99.5wt％。

具体制备方法为：将抗冻剂与多孔粒状硝酸铵混合均匀，得到煤基炸药。

实施例21

本实施例提供了一种煤基炸药，该煤基炸药由实施例13提供的煤基炸药用抗冻剂与多孔粒状硝酸铵制备而成，其中抗冻剂的质量含量为5％，多孔粒状硝酸铵的质量含量为95％。

实施例22

本实施例提供了一种煤基炸药，该煤基炸药由实施例13提供的煤基炸药用抗冻剂与多孔粒状硝酸铵制备而成，其中抗冻剂的质量含量为10％，多孔粒状硝酸铵的质量含量为90％。

试验例1

分别测定上述实施例16～22提供的煤基炸药的冰点、爆破速度以及感度，结果如下表5所示。

其中，(1)冰点的测试方法如前煤基炸药用抗冻剂的制备方法；

(2)爆破速度的测试方法为：是用已知爆速的导爆索测定爆轰波通过一定长度炸药的时间，从而计算炸药爆速。示波器或计时仪等电子设备是目前较常用的测定法，为智能五段爆速仪，型号为BC202型电子测时仪。

(3)雷管感度按照如下步骤测定：采用直径150mm PVC管接样，然后将样品送至试验场，用一发8号工业雷管插入药样中，利用起爆器引爆雷管，雷管爆炸，看炸药是否被雷管引爆，如果炸药未被雷管引爆，则炸药无雷管感度。

表5

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：本申请提供的煤基炸药用抗冻剂采用特定用量的纳米碳氢燃料、冰点调节剂和分散剂相互配合，使其能够替代柴油与硝酸铵配合制备煤基炸药，且该煤基炸药在0℃下也不会发生冻结，甚至能够在-32℃下仍具备优异的爆破性能，且爆速稳定，有效拓展了煤基炸药的应用场景。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤基炸药用抗冻剂，其特征在于，按质量百分比计，所述煤基炸药用抗冻剂包括纳米碳氢燃料68～94％，冰点调节剂6～32％，分散剂0.5‰～0.8％。

2.根据权利要求1所述的煤基炸药用抗冻剂，其特征在于，按质量百分比计，所述煤基炸药用抗冻剂包括所述纳米碳氢燃料83～90％，所述冰点调节剂10～17％，所述分散剂0.5‰～0.1％。

3.根据权利要求1所述的煤基炸药用抗冻剂，其特征在于，所述冰点调节剂选自氯化钙、乙二醇中的至少一种，优选为氯化钙或氯化钙和乙二醇的混合物。

4.根据权利要求3所述的煤基炸药用抗冻剂，其特征在于，所述冰点调节剂为所述氯化钙和所述乙二醇的混合物，且两者的质量比为(2～3):1。

5.根据权利要求1所述的煤基炸药用抗冻剂，其特征在于，所述分散剂为木质素。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的煤基炸药用抗冻剂，其特征在于，所述纳米碳氢燃料包括煤粉颗粒和水，所述煤粉颗粒悬浮于所述水中，粘度为220～350mPa.s，质量固含量为45～65％，且所述煤粉颗粒D50为0.4～1.2μm。

7.一种耐低温煤基炸药，其特征在于，按质量百分比计，所述耐低温煤基炸药包括权利要求1至6中任一项所述的煤基炸药用抗冻剂5～10％，硝酸铵90～95％。

8.根据权利要求7所述的耐低温煤基炸药，其特征在于，所述硝酸铵为多孔粒状硝酸铵；

优选地，所述多孔粒状硝酸铵的堆积密度为0.73～0.86g/cm³，吸油率≥7wt％，以个数计粒径范围为0.50～2.50mm的粒子的粒度分布≥90％，以干基计硝酸铵含量≥99.5wt％。

9.一种如权利要求7或8所述的耐低温煤基炸药的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将所述煤基炸药用抗冻剂和所述硝酸铵混合均匀，得到所述耐低温煤基炸药。

10.一种如权利要求7或8所述的耐低温煤基炸药在露天矿爆破中的应用。